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内燃机在寻求脱碳燃料解决方案中的作用

内燃机(ice)是当今船舶推进的主导技术。如果ICEs要在航运脱碳中发挥作用,供应商、监管机构、船东和发动机制造商必须就碳基燃料的可行替代品达成一致。

随着目前对替代船用动力来源的关注,人们很容易忽视内燃机(ICE)在船舶推进中的压倒性主导地位。海上二冲程ICE已经得到了很好的验证,在未来几十年里,它将继续在船舶推进中占据中心地位。

如果要满足航运脱碳的要求,那么问题就变成了燃料:哪些燃料足够环保,而且很快就能上市,以满足更严格的排放法规,以及发动机制造商将如何适应无化石燃料的新标准?

进行ICE转型

DNV GL海事公司业务发展经理Christos Chryssakis表示:“所有大型发动机制造商都在寻找替代解决方案,从能源来源到发动机技术。乐动体育登录

Chryssakis认为,内燃动力将成为未来20-30年航运的主导力量,这既是由于替代动力解决方案的开发时间表,也是由于这些解决方案需要时间才能成为海上市场的一股力量。

他说:“与此同时,如果我们设法找到好的替代燃料,内燃机就能与之竞争。”“大型二冲程发动机的效率已经接近极限,但在其他能效技术上可以取得进展,这将为消耗更少燃料的小型发动机开辟道路。”

曼恩能源解决方案公司新技术总监Kjeld Aabo用数字支持了Chryssakis的说法:“我们有超过25,000台二冲程发动机在运行,有超过300台替代燃料发动机的订单。”他认为,ice市场将开放很多年。“目前,对于2000载重吨及以上的船舶,没有更好的动力解决方案。”

寻找合适的ICE燃料

那么,什么是未来合适的燃烧燃料呢?“这是个大问题,”Chryssakis证实道。“这仍有待讨论,但我们正在了解一些更有可能的选择。”他说,虽然仍在寻找正确的解决方案,但航运很快就需要达到低碳燃料的临界数量,以达到国际海事组织2050年的排放目标。这些目标规定,到2050年,温室气体排放减少50%,碳强度减少70%。“其中一部分将通过提高效率的措施来实现,但其余的将不得不通过替代燃料来实现。”

DNV GL的作用将是提乐动体育登录供有关需要多少燃料以及如何生产燃料的事实数据。“我们现在正在根据最新的学习和法规更新我们的能源转型模式,”Chryssakis说。

虽然市场和法规将决定价格,但另一个关键问题是燃料的生产方式。基萨基斯指出:“替代燃料必须以可再生能源和可持续的方式生产,否则它们最终无助于减少整体碳足迹。”

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内燃机几乎可以燃烧任何类型的燃料,但制造商必须确定在哪里投资他们的资源。

氨作为燃料的出现

氨已经是一种熟悉的工业商品,它是一种替代燃料,不断吸引着业界更多的兴趣。“氨是一种很好的储存氢的方式,但它的处理要求与天然气不同,”Chryssakis说。氨比氢占用的空间小,但它既有毒又有腐蚀性。他说,现有的氨作为货物和制冷剂的等级规则是制定氨作为燃料的规则的一个很好的起点,但排放仍然是一个挑战。“在内燃机中燃烧氨所需的技术仍在改进中。”

燃烧氨的排放可能含有大量的一氧化二氮(N2O),这是一种强大的温室气体,即使少量也会对环境构成威胁。“我们或许能够清理这些废气,但这项技术尚未得到证实。”克萨基斯说,少量未使用的氨也可能被排放出来。“在当地,任何超过30 ppm的气体都可能是危险的,甚至可以闻到5 ppm的气体。”

Chryssakis提到了氨油轮将货物作为燃料燃烧的选项,这与现代液化天然气油轮的做法大致相同。但他认为,这项技术将首先在新建建筑中积聚势头,而有利于可持续能源的法规和合同将推动改造。生产氨的成本也会影响决策。

Kjeld Aabo说:“我们已经有了大量不同的燃料,氨很快就会加入其中。”曼公司计划在2024年之前提供燃烧绿色氨的发动机,并计划在2021年开始测试。“我们的目标是完全没有氨滑。气味和氮2O应该通过这些测试消除。”

他报告说,一些车主要求在2024年之前安装氨燃烧发动机。“这些是氨的承运人,他们可以把货物作为燃料燃烧,但氨也有更广泛的利益。”

大量的绿色ICE替代品

基萨基斯说,在内燃机中燃烧氢气是另一种选择。虽然氢不含碳原子,因此也不释放一氧化碳2在消费时,它通常是用天然气生产的。氢可以在内燃机中部分取代液化天然气,从而减少其碳足迹。

长期以来,生物燃料一直被认为是石油燃料的替代品,但大规模生产生物燃料仍然是一个问题。“包括设施在内的大规模生产,无论是在经济上还是技术上,都没有表现得足够好,不足以证明实现的合理性。”Chryssakis说。“例如,如果森林需要50年才能成熟,而如果我们要确保再生,每年只能收获2%,这将限制获得可持续原料的途径。”

合成燃料可以使用与石油燃料相同的基础设施和发动机,但它们需要由可再生能源生产才能被称为绿色燃料。“目前的问题是扩大生产规模,并确定合适的能源来源,”基萨基斯说。“例如,据估计我们需要8公里2太阳能电池板产生的氨足够一艘大型集装箱船运行一年。”

桥梁燃料的案例

Chryssakis认为,尽管液化天然气是一种化石燃料,但它不应被视为一种中短期解决方案。“液化天然气可以减少15 - 20%的温室气体排放,它还可以作为未来使用其他燃料的基础。不断发展的发动机技术还可以减少液化天然气中的甲烷流失。”他指出,所有发动机制造商都在努力解决这个问题。“没有人愿意冒险让船只的资产搁浅,因为排放限制而无法航行。”

他说,如果放弃所谓的过渡性燃料,另一种选择是继续燃烧石油,同时追求“完美”的解决方案。“但我们今天不能把赌注押在2035年或2045年之前都无法实现的解决方案上。最好是利用我们现有的资源,专注于建造能够与未来船舶相匹配的面向未来的基础设施。”

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随着内燃技术在未来几十年提供最高效率,LNG是寻找可行的碳中性替代品的关键桥梁燃料。

对ice的竞争

Chryssakis指出,目前可用的化学物质电池正在接近能量存储的物理极限。“新的存储化学物质可能会出现,可以提供十倍的改进,但它们仍然没有在商业规模上得到验证,可能第一个应用将出现在汽车上,而不是像船舶这样的大型单位。”

他说,当尺寸是个问题时,燃料电池比电池更适合。“但它们在恒定负载下表现更好,所以它们需要电池来平衡消耗。”此外,还有燃料的获取和储存问题,以及燃料的生产方法。他指出,燃料电池的预期寿命也仍然是一个重要的变量。

不同的电源解决方案的相对吸引力在不同的细分市场也会有所不同,Chryssakis说。“例如,游轮乘客可能愿意为更清洁的船只支付额外费用。但消费者的态度朝着同一方向转变的速度有多快?”他证实,话虽如此,随着消费者情绪转向绿色替代品,运输业的租船人和船东正变得更加关注,他们正在积极寻找替代品。

“我们有零排放战略,但我们也必须为市场的演变做好准备。许多业内人士都想随心所欲,但我们对正确的方向还不够了解。”

Kjeld Aabo
新技术总监

保持ICE选择的开放性

“目前,我们仍处于需要探索所有可用的ICEs方案的阶段。最重要的是不要过早关门。我们今天就可以用现有的方法进行试验,直到出现最佳的替代方案。”

Kjeld Aabo表示同意。“我们有零排放战略,但我们也必须为市场的演变做好准备。许多业内人士都想随心所欲,但我们对正确的方向还不够了解。”

他说,内燃机几乎可以容纳所有类型的燃料,但市场必须准备好,否则制造商将无法证明他们的设计能力是合理的。Aabo承认:“现在空气中有太多的球,利益相关者面临着非常复杂的决定。”在这样的环境下,发动机制造商相信他们可以提供一个强大的选择。“我们知道,在可预见的未来,ICEs将提供尽可能高的效率。除非出现完全意想不到的情况,否则ice将会存在很多年。”

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